Исследование однофазного трансформатора / ЛР-5_Ф-22_10_Литвиненко_Харькова_Отчет.docx

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

Лабораторная работа №5.

«Исследование однофазного трансформатора»

Вариант 10.

Выполнили:

Литвиненко В.А.

Харькова С.А.

Группа Ф-22

Проверил: Ситников И.А.

Москва 2021

Цель работы: исследование однофазного трансформатора в режимах «номинальный», «холостой ход», «короткое замыкание» и «переменная нагрузка» двумя методами:

1. Экспериментальный – имитационное моделирование в среде MultiSim.

2. Расчетный – математическое моделирование в любой среде, например: приложения MathCad, Excel и другие, включая расчет на калькуляторе.

Исходные данные электрической цепи:

ЭДС трансформатора E=115 B;

Сопротивление трансформатора R=116 Ом;

Сопротивление первичной обмотки R₁=7 Ом;

Сопротивление вторичной обмотки R₂=6 Ом;

Число витков первичной обмотки w₁=209;

Число витков вторичной обмотки w₂=52;

Индуктивность рассеяния Le=255 мГн;

Индуктивность намагничивания Lm = 4399 мГн.

Коэффициент трансформации трансформатора n = E₁/ E₂ = w₁/w₂ =209/52=

= 4,02.

Полная схема замещения трансформатора.

Моделирование трансформатора при разных режимах работы в программе Multisim и запись результатов в таблицы Excel.

Эксперимент 1. Номинальный режим работы трансформатора.

Эксперимент 2. Трансформатор в режиме холостого хода.

Эксперимент 3. Трансформатор при коротком замыкании.

Эксперимент 4. Трансформатор в режиме переменной нагрузки.

1. Активная нагрузка R.

2. Активная + Индуктивная нагрузка RL.

Замкнуты только ключи KR и KL, остальные ключи разомкнуты.

3. Активная+Емкостная нагрузка RC.

Замкнуты только ключи KR и KC, остальные ключи разомкнуты.

Моделирование однофазного трансформатора в программе Mathcad

Режим переменной нагрузки. Активная нагрузка (PR).

Активная + индуктивная нагрузка (PRL).

Активная + емкостная нагрузка (PRС).

Графики, построенные в Excel.

Объединенные диаграммы: cos (φ1) = f (I2), η = f (I2)

Рис.5.3.11. Диаграмма: cos( φ1 ) = f ( I2 ), η = f ( I2 ) при активной нагрузке

Рис.5.3.12. Диаграмма: cos( φ1 ) = f ( I2 ), η = f ( I2 ) при активно-индуктивной нагрузке

Рис.5.3.13. Диаграмма: cos( φ1 ) = f ( I2 ), η = f ( I2 ) при активно-емкостной нагрузке

Рис.5.3.14. Диаграмма: UR2 = f ( I2 ), URL2= f ( I2 ), URC2= f ( I2 ) при различных характерах нагрузки.

Выводы:

В ходе данной работы было проведено исследование трансформатора и его свойств при различных режимах работы и различного характера нагрузки.

Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока, т.е. для преобразования переменного тока одного на­пряжения в переменный ток другого напряжения той же частоты. Однофазный трансформатор состоит из двух обмоток, размещаемых на замкнутом ферромагнитном сердечнике (магнитопроводе), собираемом из листов электротехнической стали, изолированных друг от друга слоем лака для уменьшения вихревых токов (рис. 5.3.1). Обмотка, подключаемая к источнику питания, называется первичной, а обмотка, к которой подключается нагрузка, вторичной. Первичная обмотка характеризуется параметрами: w1 – число витков, u1 – напряжение, i1 – ток первичной обмотки; вторичная обмотка соответственно: w2 – число витков, u2 – напряжение, i2 – ток вторичной обмотки. Большинство трансформаторов в мире - это однофазные устройства воздушного охлаждения, понижающие напряжение. Но самые массивные и мощные из них работают как раз на повышение напряжения.

В зависимости от величины сопротивления нагрузки трансформатор может работать в трех режимах:

1. Холостой ход при сопротивлении нагрузки Zн = ∞.

2. Короткое замыкание при Zн = 0.

3. Нагрузочный режим при 0 < Zн < ∞.

При номинальном режиме напряжение первичной обмотки равно номинальному напряжению и ток первичной обмотки равен номинальному. При номинальном режиме работы трансформатора наблюдаются меньшие значения КПД по сравнению с другими режимами и большие потери, поэтому его использование на практике нецелесообразно.

Опыт холостого хода трансформатора проводят для определения коэффициента трансформации, мощности потерь в стали и параметров намагничивающей ветви схемы замещения, проводят его обычно при номинальном напряжении первичной обмотки.

Для определения напряжения короткого замыкания, потерь в обмотках и сопротивлений Rк и Xк проводят опыт короткого замыкания. При этом к первичной обмотке подводят такое пониженное напряжение, чтобы токи обмоток короткозамкнутого трансформатора были равны своим номинальным величинам, т. е. I1к = I1н, I2к = I2н. Напряжение на первичной обмотке, при котором отмеченные условия выполняются, называется номинальным напряжением короткого замыкания Uк.

В завершении работы был построен график – внешняя характеристика трансформатора. Внешняя характеристика трансформатора– это зависимость вторичного напряжения от тока вторичной обмотки U₂ = f (I₂). Построенная по результатам исследований внешняя характеристика данного трансформатора наглядно показывает зависимость от характера нагрузки. При активной нагрузке напряжение U₂ уменьшается с увеличением I_2. Более интенсивно напряжение U₂ снижается с увеличением I₂ при активно-индуктивной нагрузке. При активно-емкостной нагрузке напряжение U₂ с увеличением I₂ может увеличиваться или уменьшаться.